정수 신기술, 화학 물질 없이 바닷물을 식수로 전환

[이미디어= 황원희 기자] 최근 미시간 대학교와 라이스 대학교 연구진이 바닷물을 효율적으로 정수해 식수로 전환할 수 있는 새로운 담수화 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 기존에 필요했던 고비용의 화학 물질 사용을 대체하며, 바닷물의 붕소를 효과적으로 제거할 수 있는 탄소 천 전극을 활용한다. 이 연구는 미시간대학교와 라이스대학교 연구진에 의해 네이처워터지에 게재됐다.

연구에 따르면, 바닷물의 붕소 농도는 세계보건기구(WHO)가 규정한 안전 기준치를 약 두 배 초과하는데, 이는 농업용 식물의 허용 범위를 최대 12배 이상 초과하는 것으로 나타났다. 기존 담수화 공정에서는 붕소를 제거하기 위해 염기와 산을 추가하는 복잡한 후처리 과정이 필요했지만, 새롭게 개발된 전극 기술은 이 과정을 대폭 단순화하고 비용을 절감한다.

연구진은 전기적으로 중성인 붕산을 제거하기 위해 전극을 활용한 새로운 방식을 제안했다. 이 기술은 전류를 이용해 물을 분해하고 수산화 이온을 생성해 붕소와 결합시키는 방식으로, 추가적인 화학물질 투입 없이 효율적으로 작동한다. 라이스 대학교의 웨이이 판 박사후 연구원은 “이 기술은 담수화의 화학적·에너지적 수요를 줄여, 처리수 1세제곱미터당 약 20센트, 최대 15%의 비용 절감 효과를 기대할 수 있다”고 설명했다.

2019년 기준, 전 세계 담수화 용량이 하루 약 9,500만 입방미터에 이르는 것을 고려할 때, 이 기술은 연간 약 69억 달러를 절감할 수 있는 잠재력을 지닌다. 하루 약 2만3000㎥을 생산하는 샌디에이고의 대규모 담수화 시설인 칼스배드 해수담수화 플랜트(Carlsbad Desal Plasn)와 같은 곳에서는 연간 수백만 달러를 절약할 수 있을 것으로 전망된다.

이러한 절감은 바닷물을 식수로 더 용이하게 정수할 수 있게 하며 날로 커지는 물 위기를 완화하는 데 도움이 될 수 있다. 2023년 글로벌 물경제위원회의 보고서에 따르면 2030년까지 담수 공급이 수요의 40%를 충족할 것으로 예상되고 있다.

붕소를 잡는 구조물은 붕소가 음전하를 가져야 하는데 염기를 추가하는 대신 두 전극 사이에 물을 분리하여 양의 수소 이온과 음의 수산화 이온을 생성함으로써 전하가 생성된다. 수산화물은 붕소에 부착되어 음전하를 띠게 되어 양극의 기공 내부 포획 부위에 달라붙게 된다.

전극으로 붕소를 포집하면 처리 공정을 통해 역삼투압의 단계에서 더 많은 에너지를 소비하지 않도록 한다. 그 후, 수소 이온과 수산화 이온이 재결합하여 중성의 붕소 없는 물을 생성한다.

새로운 전극 기술은 붕소 외에도 비소와 같은 다양한 오염 물질을 제거할 수 있도록 응용 가능성이 크다. 라이스 대학교 연구진은 “이 기술은 오염 물질에 특수 결합 구조를 적용할 수 있어 에너지 효율적인 정수 처리를 가능하게 한다”며 “향후 담수화 및 수처리 공정의 지속 가능성을 높이는 데 기여할 것”이라고 말했다.

따라서 전 세계적으로 물 부족 문제가 심화되는 가운데, 이번 연구는 담수화를 더욱 효율적이고 경제적으로 하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대된다고 연구진은 밝혔다.